13. Kongres DGKS Zlatibor 22-24.09.2010. Aleksandar Bojović, Vukan Njagulj: IDEJNI PROJEKT ŽELEZNIČKO-DRUMSKOG MOSTA PREKO DUNAVA U NOVOM SADU Delegacija Evropske komisije za Srbiju Italferr s.p.a. Rim IRD Engineering Rim IIPP Institut za istraživanja i projektovanja u privredi, d.o.o., Beograd DEL ING d.o.o. Beograd (ex Delfin Inženjering) Saobraćajni institut CIP d.o.o., Beograd 1
Železničko-drumski Sadržaj 1 Uvod 2 Dispozicija mosta 3 Konstrukcija mosta izbor rešenja 4 Temelji i stubovi 5 Proračun konstrukcije uz osvrt na EN 6 Zaključak 7 Učesnici u izradi projekta 2
1 Uvod Osnovno o projektu Projekt donacija EU. Konkurs EU dobijaju Italferr i IRD Engineering. Ugovor: Idejno rešenje + Idejni projekt + Glavni projekt + Tenderski dokumenti, 12.06.2007-12.03.2009, crveni FIDIC. Projektni zadatak 2006: 1 kolosek + 2 drumske trake. Urađeno Idejno rešenje, počet Idejni projekt. Železnice Srbije izdaju TU PZ: 3 koloseka. Urađeni 2. idejno rešenje i Idejni projekt. Projektni zadatak ŽS TU: 2 koloseka + 2 drumske trake. Urađeni 3. idejno rešenje, novi - obiman Idejni projekt, Tenderski dokum. Finalni rezultat: 8 meseci uzaludnog rada, 9 meseci čekanja, 12 meseci kašnjenja, žuti FIDIC. 3
Projektni zadatak Lokacija = Lokacija starog mosta. Saobraćaj na mostu = 2 koloseka (e = 4,20m) + 2 drumske trake (2 x(3,50+0,35)m) + 2 pešačkobiciklističke staze (2 x 2,50m). Brzine vozova = 160 i 120 km/h (putn. i teretni) Urbanistički uslov = Lučni, čelični most. Fundiranje = Stari temelji, koliko je moguće. Instalacije na mostu = Po posebnim zahtevima. Norme za projektovanje: nemačke Ri804:2003 + prateće DIN-Fb 101do104 = EN 1991do1994. 4
2 Dispozicija mosta Stari i novi most Stari most 1961-1999. Novi most 2010. Saobraćaj 1kol. + 2d. 2kol. + 2d. Sistem Lukovi Kolovozna konstrukcija Vešaljke Spregovi između luk. Uklješteni lukovi Armirani beton Prednapr. beton Prednapr. beton Pred. beton (Čelik) Lukovi sa zategama Čelik Spregnuta Kablovi Čelik Dužina 466,450 m 474,000 m Širina 20,150 m 31,600 m Pokrivena površina Norme za projekt. 9400 m 2 15000 m 2?? DIN-Fb i EN, 2009. 5
Razmatrane varijante sistema konstrukcije mosta Luk+rešetkasta greda. Rešetka element kog nema u urbanističkim uslovima. Odbačeno. Luk sa zategom. Odgovara urbanističkim uslovima. Usvojeno. Dvostruki lukovi. Nedovoljno racionalno za ovaj most. Odbačeno. Rešetkasti lukovi sa zategom. Ne odgovara urb. usl. Odbačeno. 6
Rešetkasti luk sa zategom. Ne odgovara urbanističkim uslovima. Odbačeno. Racionalna i verovatno estetski najlepša varijanta. 7
Dispozicija mosta Niveleta prilagođena što kraćoj vezi sa postojećim kolosekom. Razdvojene konstrukcije Kolovozna konstrukcija Raspored ležišta 8
Dispozicija mosta poprečni presek Asfaltni kolovozni zastor 80 mm Pešačka staza sa anti-skid sistemom, t=6 mm Tucanički zastor 350 mm Instalacije i reviziona staza zaštićeni maskom Spregnuta kolovozna konstrukcija, t c = 250 mm 9
Osnovni elementi dispozicije poprečnog preseka mosta Dve drumske trake sa zaštitnim ogradama H4b-W2-B. Pešačke staze sa ogradama h=1,40m. Reviziona kolica u 2-3 i 3-4. Zaštićene revizione staze. Instalacije: vodovod, E- i PTT-kablovi. Odvodnjavanje kolovoza cevima. 10
3 Konstrukcija mosta izbor rešenja Osnovni elementi dispozicije Usaglašenost dilatiranja šina i mosta. Razdvojene konstrukcije zbog jednostavnije montaže. Prelazna konstrukcija 3A-3B. Podužno fiksni oslonci. Iskorišćenje velike nosivosti srednjeg stuba. Vodeća ležišta, M Osa 3: Stopa starog mosta. Osa 2: Oporac starog mosta. Ose 1, 4, 5: Iz uslova uređenja obala. Osa 4: Iz položaja oporca starog mosta. 11
Konstrukcija mosta izbor rešenja Razdvojene konstrukcije: lakša montaža; prelazna konstrukcija u 3, povoljno za Θ. Veličina strele H = H(Θ) H/L = 5,21 = Optimalan odnos H 2-3 = 34 m, H 3-4 = 42 m h =6,0m h =5,5m 12
Konstrukcija mosta izbor rešenja Kolovozna konstrukcija. Prednosti spregnute konstrukcije nad čeličnom OP: OP: 200kg/m bitno niže koštanje; 2 x3 /kg=600 /m 2. Spregnuta konstrukcija: veća otpornost na zamor; 150kg/m manja buka; 2 x1,50 /kg + 0,25m 3 /m 2 x400 /m 3 = 325 /m 2. manja opasnost zaleđivanja; jednostavnije održavanje. Vešaljke. Prednosti kablova nad krutim zategama: bez potrebe za montažnim nastavcima; bitno viša otpornost na zamor; bitno viša zatezna čvrstoća; znatno više prigušenje oscilacija; adekvatna obrada spoljnih površina za aeroelastičnu stabilnost. Zatege. Visina i širina preseka: gornja ivica iz položaja GIŠ; donja ivica iz polovidbenog profila; širina iz uslova stabilnosti lukova i prohodnosti; h/b = 2,300/2,000 m. 13
Pojedinosti konstrukcije mosta (1) Veza lukova i zatega, zatega i kolovozne konstrukcije.stalni i privremeni oslonci. 14
Pojedinosti konstrukcije mosta (2) Lukovi i rigla za vezu Elementi preseka lukova konstruisani da odgovore zahtevima izbočavanja. Kablovi od paralelnih strukova. Prednaprezanje iz lukova. 15
Pojedinosti konstrukcije mosta (3) Veličina n H je vrlo bitna (EN 1990:2002). Velika širina mosta povoljna okolnost! Sprezanje i bočno sa zategama, zbog n H n H,0 = 1,2 Hz. Moždanici sa glavom φ25, EN ISO 13918:1998 Beton: C40/50, EN 1992-1-1:2004. 16
4 Temelji i stubovi Rotirana osa mosta oko 5/M da bi se smanjila ekscentričnost opterećenja stubova. 1 2 3 4 5 M Osa 1: Novi stub na bušenim šipovima. Osa 2: Novi stub na starom oporcu. Osa 3: Stopa starog mosta velikih dimenzija pogodna za R X. Koristi se kao zamena tla. Injektiranje tla po celom obimu. Osa 4: Osa 5: Novi stub na bušenim šipovima. Novi stub na bušenim šipovima. 17
Stubovi na desnoj obali - u osama 1 i 2. 1 2 1 2 Bušeni šipovi φ1500 mm primaju i velike poprečne H-sile. Efekat većih nizvodnih reakcija poništen ekscentricitetom stuba u odnosu na osu mosta M. e = 0,823 m 18
Stubovi na levoj obali - u osama 4 i 5. 4 5 4 5 19
Stubovi na levoj obali - u osama 4 i 5. 4 5 Stub u osi 4 Stub u osi 5 Bušeni šipovi φ1500 mm primaju i velike popr. H-sile. 20
Centralni stub u osi 3. Ukupna opterećenja V,H(G+Q) i pritisci na tlo σ: max V = 115952 kn, corr. H = 35653 kn σ 361 kn/m 2 corr. V = 107232 kn, max H = 50234 kn σ 457 kn/m 2 corr. V = 105182 kn, min H = 17139 kn σ 467 kn/m 2 3 Zaštitna zavesa injektiranjem Temelj starog mosta 21
5 Proračun konstrukcije uz osvrt na EN Stanje srpskih normi za čelične železničke mostove 2009/2010. Tema Srpske norme Evropske norme Komentar Saobr. železnička optereć. Šeme LM71, SW/2 DS 804:1982 Saobr. drumska optereć. V600,V300,p 1,p 2 DIN 1072:1985 Vetar, toplota, seizmika ISO 4854:1987, -----, ruski SNiP iz 80. Čelični materijal EN 10025:1993 Ostalo ne postoji Šeme LM71,SW/2 + Trains EN 1991-2:2003 LM1(TS,UDL), LM2, LM4 EN 1991-2:2003 EN 1991-1-4:2004, EN 1991-5:2003, EN 1998: 04 EN 10025:2005-2008 EN 1993-1-10:2005 SRPS bez opt. za zamor. Različita opterećenja. Drugačije definisana ili nedefinisana. Izbor mater. neupotrebljiv. Ostalo ne postoji. Opšti koncept proračuna Dopušteni naponi Granična stanja ULS,SLS SRPS zastareo. Gran. stanje nosivosti ULS σ dop DIN 18800-1:1981 Stabilnost: Prep.CECM: 80 Gran. st. upotrebljivosti SLS SLS pri vetru na konstruk., kablove Zamor r = σ max /σ min DIN 4132:1980 Serija EN 1993 EN 1990:2002 EN 1993-2:2006 EN 1991-1-4:2004 Preporuke zemalja EU Δσ = σ p,max σ p,min EN 1993-9:2005 SRPS zastareo. U SRPS ne postoji. U SRPS ne postoji. SRPS zastareo. 22
Opterećenja Težine ukupno, karakteristične vrednosti: težina čelične konstrukcije: ΣG 1,s,k = 120.000 kn težina betonske kolov. ploče: ΣG 1,c,k = 66.000 kn težina stalnih tereta: ΣG 2,k = 110.000 kn ukupno: ΣG k 300.000 kn Saobraćajna železnička opterećenja: pojedinačno: LM71, SW/2; za dinamičke proračune: voz tipa 2, voz tipa 5; grupe opterećenja za ULS: gr11-gr17, gr21-gr27; dinamički koeficijent Φ za lukove, zatege, vešaljke, kolovoznu konstrukciju. Dinamički koef. kao Φ(n 0 (G)), ili iz Voz tipa 2 i 5 iz proračuna time history F(x,t). Saobraćajna drumska opterećenja: pojedinačno: LM1, LM2, LM4; za proračun zamora: LM3; grupe opterećenja: gr1, gr2, gr3, gr4, gr6. Ostala opterećenja (kratak izvod): vetar, EN 1991-4:2005 : v b = 21,60 m/s; toplota, EN 1991-5:2005; čelična konstrukcija ΔT N,neg = -36K, ΔT N,pos = +41K; kablovi ΔT N,neg = - 51K, ΔT N,pos = +56K; 2 komb. ΔT N +ΔT M ; zemljotres, EN 1998-2:2005: nelinearna direktna dinamička analiza, 7 zapisa g(x,y,t). 23
Redosled proračuna konstrukcije (1) N,V,M za sve opterećenja koja nisu saobraćajna: G k, Q lac, Q lbk, F** W, F W, ΔT N, ΔT M ; (2) max/min (N,V,M) od saobraćajnih opterećenja, za svako opterećenje i svaki štap (element): LM71/Tr1,Tr2, SW/0/Tr1,Tr2, LM1/Lane 1,2, LM4/R,L, Q lb, Q s, F W,X,Y,Z, T N, T M. (3) Preliminarno dimenzionisanje delova konstrukcije. (4) Uticajne linije za N i M svih razmatranih preseka lukova, zatega i vešaljki. Razmatrani preseci na ΔX = 3,00 m. Ukupno oko 4.600 uticajnih linija! (8) Proračun dinamičkog koeficijenta Φ od modela pokretnih sila od vozova tipa 2 i 5. Poređenja rezultata: N,V,M(Φ x Train Type 2 i 5)/ /N,V,M(Φ=1 x LM71). Dva modela za proračun konstrukcije: Model 1: svi elementi su štapasti, Model 2: kolovozna ploča u FE. (5) Ekstremne presečne sile max/min N,V,M i N,V, max/min M od 8 saobraćajnih grupa delovanja pomoću odgovarajućih UL. Ukupno oko 37.000 sila! (6) Ekstremne presečne sile: od grupa opterećenja gr21-gr27 i gr1-gr4; od toplotnih delovanja ΔT N, ΔT M i njihovih kombinacija; (7) Ekstremne deformacije za SLS. Ekstremna vertikalna ubrzanja od vozova tipa 2 i 5. 24
Pregled proračuna za ULS ULS = Granično stanje nosivosti za gr21-gr27 ULS = Granično stanje nosivosti za gr1-gr6 25
Pregled proračuna za ULS SLS = Granično stanje upotrebljivosti za konstrukciju SLS = Aerodinamički efekti na konstrukciju Konstrukcija Odvajanje vrtloga od grede Galopirajući flater Klasični flater Divergencija Vešaljke (kablovi) Odvajanje vrtloga Galopiranje Vibracije izazvane kišom i vetrom 26
Rezultati proračuna (1) Primer: Luk: max/min M y,ser od težine i grupa železničkih opterećenja G, gr26, gr27. 27
Rezultati proračuna (2) Primer: Luk 3-4: Kontrola napona σ x,ed /σ x,rd 0,88. 28
Rezultati proračuna (3) Luk 3-4. Kontrola izbočavanja pojaseva: [σ x,ed /(ρ x f y /γ M1 )] 2 0,94 Luk 3-4. Kontrola izbočavanja vertikalnih limova: [σ x,ed /(ρ x f y /γ M1 )] 2 + 3[τ Ed /(χ v f y /γ M1 )] 2 0,87 29
Rezultati proračuna (4) Vertikalni limovi Luk 2-3. Kontrole izbočavanja po EN 1993-1-5:2005, SRPS U.E7.121:1986, DASt-Ri 012:1978. Pojasevi. 30
Rezultati proračuna (5) Kontrole kablova u graničnim stanjima ULS i SLS i pri zamoru (Fat) pri LM71/Tr1+LM71/Tr2. Kontrola kablova pri delovanju kiše i vetra. G k 31
Rezultati proračuna (6) Dinamički proračun. Vozovi tipa 2 i 5 (EN 1991-2:2005). Funkcija istorije opterećenja P(t). 32
Rezultati proračuna (7) Dinamički proračun. Voz tipa 2 na 1-2-3. Dinamički i statički ugibi tačaka zatege kod vešaljki δ(t). 33
Rezultati proračuna (8) Dinamički proračun. Voz tipa 2 na 1-2-3. Dinamički koeficijent Φ(V). 34
Rezultati proračuna (9) Dinamički proračun. Voz tipa 2. Zaključak o merodavnom proračunu statički ili dinamički. 35
Rezultati proračuna (11) Kolovozna spregnuta konstrukcija. Kolovozna ploča. Presečne sile N X (G 2,k ) [kn/m] 36
Rezultati proračuna (11) Kolovozna spregnuta konstrukcija. Kolovozna ploča. Presečne sile 37
Rezultati proračuna (10) Kolovozna spregnuta konstrukcija. Kontrola napona (EN 1994-2:2005, DIN-Fb 104-2:2003). Ploča C40/50 Poprečni nosač S355J2G3 38
Rezultati proračuna (11) Kolovozna spregnuta konstrukcija. Kolovozna ploča. ULS armatura. SLS prsline. 39
Rezultati proračuna (12) Glavni noseći sistem. Deformacije. Vertikalni ugibi (G k ). 40
Rezultati proračuna (12) Glavni noseći sistem. Deformacije. Vertikalni ugibi (LM71). 41
Rezultati proračuna (12) Glavni noseći sistem. Deformacije. Vertikalni ugibi (G k +LM71). 42
Rezultati proračuna (13) Glavni noseći sistem. Deformacije. Rotacije (LM71). 43
Rezultati proračuna (14) Vertikalni ugib, LM71/Tr1: 2-3: L/δ = 2332 > 800 3-4: L/δ = 1842 > 800 Rotacije u 3: 3A. LM71/Tr1+Tr2 +ΔT N : Θ 0,0036 < 0,0050 rad 3B: LM71/Tr1+Tr2 +ΔT N : Θ 0,0052 0,0050 rad Uvrtanje kolovozne konstrukcije: t < 1 mm/3m < 3 mm/3m pri V = 160 km/h Frekvencije oscilacija: Ravan Deo 1-2-3 Deo 3-4-5 Vertikalna n 1,V = 0,76 Hz n 1,V = 0,53 Hz Horizontalna n 1,H = 1,47 Hz n 1,H = 1,03 Hz Torzija n 1,T = 1,98 Hz n 1,T = 2,03 Hz Aeroelastična stabilnost. Greda i kablovi OK. ULS. Naponi i izbočavanje OK. Fat pri LM71/Tr1+Tr2 > LM71/Tr1 > voz.2 i 5 OK. 44
6 Zaključak Glavni noseći sistem. Racionalnost projekta. Masa čelične konstrukcije. Očekivane mase čeličnih lučnih mostova prema međunarodnoj literaturi. Železnički: V 200 km/h Železnički: V < 200 km/h Drumski mostovi 45
Primeri masa izvedenih čeličnih lučnih drumskih mostova. 16 mostova izvedenih 1973-2007. u Holandiji, Nemačkoj, Francuskoj, Japanu, Slovačkoj, Luksemburgu, Srbiji, SAD, Mađarskoj, Češkoj, Kini. 46
Železnički, greda: V 200 km/h Železnički, luk: V 200 km/h Železnički, greda: V < 200 km/h Železnički, luk: V < 200 km/h Želez., greda bez zastora: V < 200 km/h Očekivane mase čeličnih lučnih mostova (t/m)/kolosek prema međunarodnoj literaturi. 47
Zaključak Mase lukova 2-3 i 3-4 su optimalne i tačno u očekivanim vrednostima za vozove sa V < 200 km/h. 48
Izgledi mosta (1) 49
Izgledi mosta (2) 50
Izgledi mosta (3) 51
Izgledi mosta (4) 52
Izgledi mosta (5) 53
Izgledi mosta (6) 54
7 Učesnici izrade projekta mosta Organizacije Odgovorna lica Donacija za projekt Delegacija Evropske komisije za Srbiju Projektanti Italferr S.p.A., Roma IRD Engineering S.r.I., Roma Lokalni partner Institut IIPP d.o.o., Beograd Podizvođač za projekt konstrukcije mosta DEL ING d.o.o. (ex Delfin Inženjering), Bg Projektant po zakonima Rep. Srbije Saobraćajni institut CIP d.o.o., Beograd Rukovodilac Projekta Prof. Mario Paolo Petrangeli Odgovorni projektant konstrukcije mosta Aleksandar Bojović, dipl.ing.građ. Odgovorni projektant stubova i temelja Vukan Njagulj, dipl.ing.građ. Projektanti (svi dipl.ing.građ.) Dejan Srejić, Slobodan Jaćović, Uroš Kostić, Kristijan Koložvari, Zoran Canić. Projektanti ostalih struka svi iz Saobraćajnog instituta CIP d.o.o. 55